HC-7i Exo-planeten

HC-7i Exo-planeten
“Wat houdt ons tegen om te geloven dat, net als onze zon, elke ster
omringd is door planeten?” – Chr. Huygens, 1698 CE
1
NU EEN ‘MAKKIE’,
MAAR OOIT BIJZONDER LASTIG
 Realiseer je wat je waarneemtechnisch voor elkaar moet
krijgen.
 Een observationele tour-de-force, maar te doen, gebruik de
truckendoos.
2
EEN OVERZICHTJE
 1991/1992: de eer ste exo -planeten ontdekt bij ms pulsar
• Pulsar timing: Variatie in aankomsttijd pulsar -signalen geef t
omlooptijd van pulsar rond pulsar-planeet massa-middelpunt.
• Twee planeten, van >2.8 en >3.4 Maarde, maar : zijn dit oude planeten
rond deze neutron ster die supernova explosie hebben overleefd, of zijn
ze gevormd uit de ejecta van de supernova?
 1994-1995: de eer ste exo -planeten bij reguliere ster.
 1999: het eer ste exo-planeten stelsel is een feit.
 2006: waarneming van een exo-planeten stelsel zonder Jupiter-achtige
planeten.
 2015: 5-planetenstelsel dat 11 .2 miljard jaar oud is.
 2017: Trappist 1: 7 aardachtige planeten rond bruine dwerg.
 Anno 2017 een groot aantal exo-planeten (stelsels) ontdekt met
gebruikmaking van ver schillende detectie technieken.
 Op 1 maar t 2017 stond de teller op 3586 exo-planeten, waargenomen
in 2691 planeetstelsels , waar van 603 meerdere planeten hebben.
3
TRAPPIST 1 EN 7 EXO-PLANETEN
4
DETECTIE EXO-PLANETEN
Vijf standard detectie methodes (met voor- en nadelen)
1) Astrometrie
Kijk naar een (regelmatige) schommeling van de positie van een ster
rond het massa middelpunt van een ster plus planeet.
2) Doppler variatie
Kijk naar de schommeling van spectrale sterlijnen, omdat de radiele
snelheid van de ster a.g.v. de zwaar te-kracht van een begeleidende
planeet verander t.
3) Transit m ethode
Kijk naar de lichtcur ve van een ster; bij geringe inclinatie is er een
primair minimum te zien op het moment dat een planeet ‘voorlangs’
beweegt. Soms ook secundair minimum te zien.
4) Direct imaging
Meest voor de hand liggende methode, maar allesbehalve gemakkelijk
omdat de ster vele malen helderder is dan de exoplaneet.
5) Micro lensing
Zwaar tekracht werkt als lens en ver sterkt het licht van een achtergrond
ster.
5
DETECTIE EXO-PLANETEN
/ Astrometrie
Space missions 
/ Doppler variatie
6
TRANSIT METHODE: KEPLER MISSIE
 0.95m Schmidt
telescoop.
 Van 2009-2013 naar
sterrenbeeld Zwaan
gekeken.
 190000 sterren in de
gaten gehouden.
 Groot beeldopper vlak
(veel sterren gelijktijdig onderzoeken).
 Groot aantal kandidaat
planeten (4000).
 Inmiddels zeer vele
daarvan bevestigd.
 Realiseer je: maar een
heel klein stuk van de
hemel.
7
8
ASTROMETRIE
ZELFDE PRINCIPE ALS DUBBELSTERREN
 Beide sterren bewegen om een gemeenschappelijk
zwaartepunt:
m1 . r1 = m2 . r2
 Zelfde periode P
 v 1 /v 2 = r 1 /r 2 = m 2 /m 1
 Leid zelf af
(met R = r 1 + r 2 ):
v2
m1
m2
r1
4p 2 R 3 /G = (m 1 +m 2 )P 2
v1
r2
ASTROMETRIE
VOORAL EFFECTIEF BIJ GROTE REFLEX BEWEGING
Dubbelsterren
Planeet-ster
Probeer je voor te stellen dat je een Jupiter-achtige planeet hebt die rond
een ster draait op op een afstand van een dikke 40 lichtjaar. Wat is dan
beter te zien: Jupiter in de buurt van de ster of Jupiter op redelijke afstand
10
van de ster ?
ASTROMETRIE
VOORAL EFFECTIEF BIJ GROTE REFLEX BEWEGING
Dubbelsterren
Planeet-ster
Dus beter voor zwaardere planeet op grotere afstand. (“ = as = arc sec)
11
ASTROMETRIE
Meenemen, ook al is die niet
bekend  grenswaarden
Complex, zeker bij meerdere planeten,
kijk maar naar onze zon:
Beweging van het center-of-mass van
het zonnestelsel t.o.v. zon. Afgebeeld
is de zon en het zwaartepunt ligt soms
heel dicht bij de core en ook duidelijk
buiten de zon.
12
GAIA – THE EXO-PLANET HUNTER
 Vanaf de grond ontbreekt de
noodzakelijke astrometrische
nauwkeurigheid om objecten van
de massa van een planeet te
detecteren.
 De ruimtemissie GAIA heeft een
astrometrische precisie van μas
 Doel: meest nauwkeurige 3D
plaatje van 1 milliard sterren in
ons MWS.
 Mjup rond sterren tot 50 pc
afstand en periodes van 1 .5 – 9
jaar; verwacht 10.000 - 50.000
detecties.
Werkt fantastisch  Eerste grote datarelease was in 2016
13
DOPPLER VARIATIE
 Ook bekend als radiële
snelheidsmethode .
 Gebaseerd op Doppler effect;
kijk naar blauw/roodverschuiving van spectrale lijnen
agv de netto verandering van de
snelheid langs de gezichtslijn.
 Tot 1 m/s verschillen meetbaar.
 Zeer effectieve methode om
exo-planeten te ontdekken.
 Niet toepasbaar op jonge
sterren of OBA klasses (te
weinig spectraallijnen).
 Inclinatie i is vaak niet bekend
en maakt dat methode alleen
grenswaardes kan bepalen.
14
DOPPLER VARIATIE
 Ook bekend als radiële
snelheidsmethode .
 Gebaseerd op Doppler effect;
kijk naar blauw/roodverschuiving van spectrale lijnen
agv de netto verandering van de
snelheid langs de gezichtslijn.
 Tot 1 m/s verschillen meetbaar.
 Zeer effectieve methode om
exo-planeten te ontdekken.
 Niet toepasbaar op jonge
sterren of OBA klasses (te
weinig spectraallijnen).
 Inclinatie i is vaak niet bekend
en maakt dat methode alleen
grenswaardes kan bepalen.
 Meer dan 1 planeet mogelijk. 15
DOPPLER VARIATIE
Methode al bekend voor bepaling massa’s van dubbelster systemen
(zie Inleiding Astrofysica)
16
NU VOOR STER EN EXO-PLANEET
17
SOME NUMBERS
18
OPGAVE
In de figuur is het tijdsopgeloste spectrale gedrag weergegeven voor een emissielijn bij 480
nm van een spectroscopische dubbelster. De horizontale as is in jaren, de verticale as in nm.
0
0.5
1
2
1.5
2
2.5 jaar
480.6
480.2
480.4
480.2
480.0
480.2
479.8
479.6
479.4
nm
a)
b)
c)
Zijn de sterren even zwaar ?
Bereken de baansnelheden van beide sterren in km/s.
Bereken de onderlinge afstand.
19
OPLOSSING
20
OPLOSSING
21
TRANSIT METHODE: VENUS
 Afname in licht
intensiteit is vrij goed
te meten.
 Zelfde principe als
Venus transit.
 1639, 1761 , 1769,
1874, 1882, 2004,
2012, 2117, 2125, …
 Aarde en Venus staan
eens in de ~584 dagen
op een lijn
 Niet iedere samenstand resulteert in een
bedekking.
 De transit duurt
typisch zo’n 4-7 uur.
22
TRANSIT METHODE
Wat betekent dit ?
23
TRANSIT METHODE
 HD209458
Wat kun je uit zo’n lichtcurve
berekenen ?
Omlooptijd, straal planeet, afstand
planeet-ster, T, … ?
Soms combinatie van methodes
nodig ….
24
TRANSIT METHODE
Er bestaat nog een tweede methode om Rpl te bepalen, hou zou die werken ?
25
TRANSIT METHODE
 HD209458
Radiele snelheidsmeting  apl
RS geeft alleen mplsin i, TM geeft mpl
 Mpl = 0.69 Mjup
 P = 3.52 dagen, apl = 0.045 AU
 R = 1.4 Rjup
 Dichtheid van planeet 
samenstelling  vooral waterstof  dus gas planeet
26
IDEE VAN CHEMISCHE
SAMENSTELLING EXO-PLANEET
Methodes staan dus toe om
inzicht te krijgen in de
samenstelling van exoplaneten.
27
TRANSIT METHODE: KEPLER MISSIE
 0.95m Schmidt
telescoop.
 Van 2009-2013 naar
sterrenbeeld Zwaan
gekeken.
 190000 sterren in de
gaten gehouden.
 Groot beeldoppervlak
(veel sterren gelijktijdig onderzoeken).
 Groot aantal
kandidaat planeten
(4000).
 Inmiddels meerdere
honderden bevestigd.
28
TRANSIT METHODE: KEPLER MISSIE
29
TRANSIT METHODE: REFINED
- DE SECONDAIRE ECLIPS -
30
TRANSIT METHODE: REFINED
- SECONDAIRE ECLIPS -
31
OEFENOPGAVE TENTAMEN: REKENEN
32
OEFENOPGAVE TENTAMEN: REKENEN
33
OPLOSSINGEN
34
35
OPLOSSINGEN
36
OPLOSSINGEN
37
TRANSIT METHODE: REFINED
- ATMOSFEREN  Onderzoek het licht dat wordt
geabsorbeerd door de atmosfeer
tijdens de transit, of licht dat wordt
uitgestraald aan de nachtkant (tijdens transit) of algemeen tijdens de
omdraaiing.
 Erg moeilijk , omdat de spectrale
lijnen van de ster vele malen sterker
zijn.
 Daarom moeten spectra voor en na
transit
met
elkaar
vergeleken
worden.
 Planeet lijkt iets groter op golflengtes die absorberen. Waarom ?
 Metingen hebben lage resolutie; tot
nu toe alleen H 2 O en CO 2 eenduidig
aangetoond.
 Doel: biomarkers.
 HOT TOPIC: NWA
38
ATMOSFEER AARDACHTIGE PLANEET
39
HC-7ii Exo-planeten
GASTSPREKER TWEEDE UUR: DR. MATHEW KENWORTHY
40